一种利用速度定位钻井微芯片示踪器深度的方法
【专利摘要】本发明属于石油勘探开发领域。尤其是对于钻井微芯片示踪器进行深度确定的方法。所述示踪器随钻井液的流动而运动，定位所述示踪器井筒深度的方法是按照井筒环空内外径尺寸将全井分段，根据钻井液流量和井内物理参数得到各井段钻井液上返速度和示踪器下滑速度，并由此得到各个井段示踪器的实际上返速度；根据该速度及示踪器的运行时间，得到示踪器的运动位移，从而获取示踪器在各个井段的深度位置，最终得出不同时间示踪器的深度，从而实现定位示踪器深度。该发明能够及时发现井涌、井漏、钻具摩擦井壁、钻具刺穿等钻井异常事故，提高钻井效率，及时发现及评价油气储层。
【专利说明】一种利用速度定位钻井微芯片示踪器深度的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于石油勘探开发领域。涉及在钻井中为了提高钻井效率和保障钻井安全 检测井筒温度和压力的研究方向，尤其是对于钻井微芯片示踪器进行深度确定的方法。
【背景技术】
[0002] ①钻井参数测量对保障钻井安全具有重要的作用
[0003] 石油钻井是一项高风险的行业，在钻井过程中，如果发生钻井事故，轻则造成财产 损失，重则造成人员伤亡。随着井深的增加，特别是各种分支井、水平井的开发，钻井事故及 复杂情况的发生率越来越高。每年国内各大油田都不同程度地发生井涌、井漏等钻井工程 事故，而这些事故与钻井工程参数的变化密切相关。因此，实时监测钻井工程参数的变化可 以有效地防止此类事故的发生。
[0004] ②温度和压力是石油钻井最重要的两项参数
[0005] 钻井液温度和压力是钻井工程中的两项重要的基础数据。地层的温度压力能够反 映出钻机的工作状态及地层的物性等特征。对整个井筒的温度、压力进行实时监测，建立随 钻采集的温度、压力剖面对钻井工程的提速提效和安全钻井有着重要的意义。
[0006] ③常规技术无法快速采集上部井眼的温度压力参数
[0007] 当前的温度参数的采集一般有两种方式，一种是地面采集，一种是近钻头处采集。 在地面采集时，由于钻井液的运移，所采集的温度参数误差较大，且不能反映井筒内某点的 温度参数。采用近钻头处的采集处采集时，只能采集钻头位置附近的参数。所以，所以，无论 是地面采集，还是近钻头处采集，都不能采集上部井眼的温度压力参数，缺少对整个井筒的 参数的动态变化。随钻井深的不断增加，钻井液密度的变化，井筒全立体的监测尤其重要。
[0008] ④采集的温度压力参数没有进行深度定位
[0009]目前，国内外开始了相关研究，设计出能够用于实时快速检测井筒温度和压力的 数据采集系统一微芯片流体示踪器，图1为示踪器示意图(粉色小圆圈为示踪器)。该示踪 器的工作原理是，在钻井过程中，示踪器从地面进入钻杆内，通过钻井液循环，到达井底后 从钻头的水眼进入环空区域，并随着环空钻井液上返至地面，最后被地面的特殊装置俘获。 示踪器在运动过程中实时连续采集井筒内温度和压力参数。该示踪器除记录了温度、压力 参数外，还记录了时间参数，但没有记录井深参数。井身参数是评价井筒内温度压力最直接 的参数，需要将时间参数转化为井深参数，用来准确评价不同井深的温度、压力。目前，国内 外都没有解决该示踪器在井内深度定位问题。由于钻井工程师不关心钻杆内的温度压力参 数变化，更关心环空温度压力参数的变化，所以在本专利中，只考虑示踪器在环空内的深度 定位。
【发明内容】
[0010] 本发明为了解决现有技术中对示踪器深度无法准确确定和评价的技术问题，即现 有技术中，示踪器在井内运动时，只采集了时间信息，没有采集井深信息， toon] 本发明研发了一种利用速度定位钻井微芯片示踪器深度的方法，是将时间信息与 井身结构信息相结合，转化为井深信息，用于监测不同井深处参数的变化，及时制定施工措 施。
[0012] 本发明的基本研发思路为：钻井液在环空内上返，示踪器在钻井液的携带下也上 返，同时，由于示踪器的平均密度比钻井液略大，示踪器相对于钻井液相对下滑。求出钻井 液上返速度及示踪器下滑速度，二者之差即为示踪器的实际上行速度，该速度与时间的乘 积即为示踪器的运动位移，从而获取示踪器的深度位置，见图2。
[0013] 本发明的技术方案为，
[0014] 一种利用速度定位钻井微芯片示踪器深度的方法，所述示踪器由钻井液携带进入 钻井内，至井底后沿井环空内上返回地面，所述示踪器用于实时快速检测井筒温度和压力 并进行数据采集；
[0015] 所述示踪器随钻井液的流动而运动，定位所述示踪器井筒深度的方法是按照井筒 环空内、外径尺寸将全井分段，根据钻井液流量和井内物理参数得到各井段钻井液上返速 度和示踪器下滑速度，并由此得到各个井段示踪器的实际上返速度；后根据示踪器返回地 面的时间得到示踪器的运动位移，从而获取示踪器在各个井段的深度位置，从而实现定位 示踪器深度。
[0016] 由于环空内径、外径的不同将对该井段钻井液上返以及示踪器下滑等速度造成影 响，因此需要先针对各井段中不同环空内、外径进行区分，即所述按照井筒环空内、外径尺 寸将全井分段是按照环空尺寸的由小及大分段，即同一环空尺寸的井段为同一井段；且提 取各井段的井内物理参数，包括：内径，外径和各井段高度。
[0017] 将采集的井筒各物理参数汇总并计算得到各个井段的钻井液的上返速度，
[0018]
【权利要求】
1. 一种利用速度定位钻井微芯片示踪器深度的方法，其特征在于： 所述示踪器由钻井液携带进入油气井内，至井底后沿井环空上返回地面，所述示踪器 用于实时快速检测井筒温度和压力并进行数据采集； 所述示踪器随钻井液的流动而运动，定位所述示踪器井筒深度的方法是按照井筒环空 内、外径尺寸将全井分段，根据钻井液流量和井内物理参数得到各井段钻井液上返速度和 示踪器下滑速度，并由此得到各个井段示踪器的实际上返速度；后根据示踪器返回地面的 时间得到示踪器的运动位移，从而获取不同时间示踪器在各个井段的深度位置，从而实现 定位示踪器深度。
2. 根据权利要求1所述的一种利用速度定位钻井微芯片示踪器深度的方法，其特征在 于， 所述按照井筒环空内、外径尺寸将全井分段是按照环空内、外径尺寸的由小及大分段， 即同一环空尺寸的井段为同一井段； 且提取各井段的井内物理参数，包括：内径，外径和各井段高度。
3. 根据权利要求2所述的一种利用速度定位钻井微芯片示踪器深度的方法，其特征在 于， 所述各个井段的钻井液的上返速度根据如下得到，
在第η井段的钻井液上返速度，其中， Vun为第η井段的上返速度；Q-钻井液排量，m3/min D为该井段环空外径；d为该井段环空内径。
4. 根据权利要求2所述的一种利用速度定位钻井微芯片示踪器深度的方法，其特征在 于， 所述示踪器在各个井段的环空内下滑速度：
式中： Vd-示踪器在钻井液中的下滑速度，m/min ;4-示踪器直径，cm， P s一示踪器平均密度，g/cm3 ; p d一钻井液密度，g/cm3, μ ε-钻井液有效粘度，Pa · s。
5. 根据权利要求3或4所述的一种利用速度定位钻井微芯片示踪器深度的方法，其特 征在于， 所述示踪器在各个井段的环空的实际上返速度为钻井液上返速度减去示踪器在环空 内的下滑速度，即v=vm-vd。
6. 根据权利要求5所述的一种利用速度定位钻井微芯片示踪器深度的方法，其特征在 于， 所述示踪器在各个井段的运动时间为该井段的高度除以所述示踪器在该井段环空内 的实际上返速度。
7. 根据权利要求6所述的一种利用速度定位钻井微芯片示踪器深度的方法，其特征在 于， 设所述示踪器被捕获的时间即为示踪器到达地面的时间，记为〇,示踪器在井内某点运 行的时刻为Ti，Ti的值恒小于0 ; 所述示踪器在各个井段某一时刻的运动距离为所述示踪器在该井段的实际上返速度 乘以该时刻^=ν；Ι\，其中，hi是示踪器在第j井段内，时刻为Ti时的距离，Vj是在第j井 段时示踪器实际上返速度。
8. 根据权利要求7所述的一种利用速度定位钻井微芯片示踪器深度的方法，其特征在 于， 所述示踪器在各个井段的某一时间的深度为该井段以上各个井段的高度之和与所述 示踪器在该井段的运动距离之和为确定的所述示踪器的深度。
9. 根据权利要求1或2所述一种利用速度定位钻井微芯片示踪器深度的方法，其特征 在于， 速度定位所述示踪器深度的方法步骤包括： ① 确定所述示踪器到达地面的时间：所述示踪器到达地面后，随即被地面接收设备捕 获，示踪器被捕获的时间即为示踪器到达地面的时间，记为〇,示踪器在井内某点运行的时 刻为Ti，Ti的值恒小于0 ; ② 分配井段步骤：按照环空内外径的不同，将全井分为若干井段，设全井眼总长度为 H，即H = hi+h^......+hn ;设每个井段环空内外径、长度自上而下分别为屯、Dp h ;d2、D2、 1? ; ......, dn> Dn> hn n-1, 2, 3,......； ③ 计算每个井段钻井液在环空的上返速度步骤：
在4井段内，钻井液上返速虔 在h2井段内，钻井液上返速虔 在hn井段内，钻井液上返速虔 Q-钻井液排量，m3/min ; ④ 计算每个井段所述示踪器在环空的下滑速度步骤： 工 :
Vd-示踪器在钻井液中的下滑速度，m/min，4一示踪器直径，cm P s-示踪器平均密度，g/cm3, P d-钻井液密度，g/cm3, μ。一钻井液有效粘度，Pa · s ⑤ 确定所述示踪器在环空的实际上返速度步骤： 在4井段内，钻井液上返速度％ = Vul-Vd 在h2井段内，钻井液上返速度V2 = Vu2-Vd 在hn井段内，钻井液上返速度Vn = Vm-Vd ; ⑥ 得到每个井段示踪器的运动时间步骤： 在4井段内，示踪器的运行时间段为
在h2井段内，示踪器的运行时间为
在h" #段内，示踪器的运行时间为
⑦ 计算每个井段示踪器在某一时间段的运动距离步骤： 在时间内，示踪器在hi井段内运动，示踪器的运动距离与运动时间的关系 为-VJ彳
在
时间内，示踪器在h2井段内运动，示踪器的运动距离与运动时间 的关系为
在丨
时间内，示踪器在hn井段内 运动，示踪器的运动距离与运动时间的关系为
⑧ 确定所述示踪器某一时间的深度步骤： 在
时间内，示踪器在h井段内运动，时刻示踪器的深度位置为hn = '凡在
时间内，示踪器在h2井段内运动，?\时刻示踪器的深度位置为
在
（时间内，示踪器在h3井段内 运动，?\时刻示踪器的深度位置为
【文档编号】E21B47/04GK104047593SQ201310082989
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2013年3月15日 优先权日:2013年3月15日
【发明者】杨明清, 陆黄生, 张卫, 李光泉, 李三国, 赵文杰 申请人:中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司石油工程技术研究院